Система резервного живлення СТО на базі відновлювальних джерел енергії

Abstract

У вступі висвітлено актуальність використання резервних джерел живлення на базі відновлюваних джерел енергії для станції технічного обслуговування автомобілів. Обґрунтовано необхідність безперебійного живлення для таких об’єктів, тим більше в умовах нестабільної роботи електромережі, а також визначено мету роботи – проектування гібридної системи живлення з використанням сонячних панелей, вітрогенератора, акумуляторів та додаткового обладнання такого як гібридний інвертор. У першому розділі описаний огляд сучасних технологій генерації електроенергії з відновлювальних джерел – сонячної та вітрової. Розглянуто принципи роботи сонячних панелей, їхні особливості побудови, характеристики та типи, а також основні технічні параметри вітрогенераторів. Також акцентовано увагу і на гібридних системах, які поєднують декілька типів джерел енергії з метою забезпечення стабільності генерації у різних кліматичних умовах та в різні погодні умови. Другий розділ було присвячено оцінці енергетичних потреб самого СТО. На основі плану який був створений в середовищі ArchiCAD, було здійснено аналіз розміщення обладнання та побудовано таблиці орієнтовного споживання електроенергії. Сумарна потужність електроспоживачів становить близько 47 кВт, при цьому в умовах аварійного відключення критичне навантаження оцінено на 30 кВт. З урахуванням цього було визначено доцільність впровадження комбінованої сонячно-вітрової системи. У третьому розділі здійснено безпосереднє проектування системи резервного живлення. Розраховано необхідну потужність сонячної електростанції з урахуванням добового навантаження та сезонних коливань, підібрано сонячні панелі а саме TrinaSolar TSM-425NEG9R.28 та виконано розрахунок розміщення на даху площею 313,7 м?. Також було обрано вітрогенераторIstaBreeze 2 кВт 48 В, який компенсує близько 10% потреб генерації енергії під час похмурих днів або вночі. Проведено розрахунок акумуляторної системи на 14 блоків в кожному з яких по 4 гелеві батареї ємністю 200 А•год кожна, що забезпечує автономне живлення протягом 3 годин. У цьому ж розділі обґрунтовано вибір гібридного інвертора Growatt SPF 30000TL HVM-48, який виконує функцію MPPT контролера, інвертора та джерела безперебійного живлення (UPS). Завдяки наявності вбудованих функцій, окремий вибір UPS та контролера заряду не проводився. Гібридний інвертор може автоматично перемикати систему на живлення від акумуляторів у разі аварійного відключення, підтримує постійне заряджання АКБ від сонячних панелей і вітрогенератора (через контролер), а також дозволяє моніторити стан системи в реальному часі. Все було спроектовано так, що обране обладнання повністю відповідає потребам СТО як за потужністю, так і за функціональністю. У четвертому розділі представлена просторова модель системи резервного живлення для станції технічного обслуговування автомобілів. На основі архітектурного плану СТО було створено графічну модель, яка демонструє розміщення всіх основних компонентів системи. Візуалізація дозволила перевірити не лише технічну частину та сумісність обладнання, а й оцінити ергономіку розміщення, доступність для технічного обслуговування, а також відповідність нормам безпеки та вентиляції. Результати моделювання підтвердили можливість ефективної інтеграції системи без потреби змін приміщень СТО. Також в розділі пояснюється логіка електричних з?єднань між елементами системи, що відіграє ключову роль для коректної роботи резервного живлення в аварійних ситуаціях. Метою роботи є створення ефективної гібридної системи резервного живлення, здатної забезпечити автономну роботу ключового обладнання СТО в умовах відключень електропостачання, а також частково зменшити витрати на електроенергію за рахунок використання сонячної та вітрової енергії. Об?єкт дослідженняце система резервного живлення СТО на базі відновлювальних джерел енергії. Предмет дослідження є, параметри та характеристики системи резервного живлення на базі відновлювальних джерел енергії.The introduction highlights the relevance of using backup power sources based on renewable energy sources for a car maintenance station. The need for uninterrupted power supply for such objects is substantiated, especially in conditions of unstable operation of the power grid, and the purpose of the work is also determined - the design of a hybrid power supply system using solar panels, a wind generator, batteries and additional equipment such as a hybrid inverter. The first section describes an overview of modern technologies for generating electricity from renewable sources - solar and wind. The principles of operation of solar panels, their construction features, characteristics and types, as well as the main technical parameters of wind generators are considered. Attention is also focused on hybrid systems that combine several types of energy sources in order to ensure the stability of generation in different climatic conditions and in different weather conditions. The second section was devoted to assessing the energy needs of the service station itself. Based on the plan that was created in the ArchiCAD environment, an analysis of equipment placement was carried out and tables of estimated electricity consumption were built. The total power of electric consumers is about 47 kW, while under emergency shutdown conditions the critical load is estimated at 30 kW. With this in mind, the feasibility of introducing a combined solar-wind system was determined. In the third section, the backup power system is directly designed. The required capacity of the solar power plant was calculated taking into account the daily load and seasonal fluctuations, solar panels namely Trina Solar TSM-425NEG9R.28 were selected and the placement on the roof with an area of 313.7 m ? was calculated. The IstaBreeze 2 kW 48 V wind generator was also chosen, which compensates for about 10% of energy generation needs during cloudy days or at night. The calculation of the battery system for 14 blocks in each of which there are 4 gel batteries with a capacity of 200 Ah each, which provides autonomous power for 3 hours. In the same section, the choice of a hybrid inverter Growatt SPF 30000TL HVM-48, which performs the function of MPPT controller, inverter and uninterruptible power supply (UPS), is justified. Due to the built-in functions, a separate choice of UPS and charge controller was not made. The hybrid inverter can automatically switch the system to battery power in the event of an emergency shutdown, supports constant charging of the battery from solar panels and a wind generator (through the controller), and also allows you to monitor the state of the system in real time. Everything was designed so that the selected equipment fully meets the needs of the service station both in power and functionality. The fourth section presents a spatial model of the backup power system for the vehicle maintenance station. Based on the architectural plan of the service station, a graphic model was created that demonstrates the placement of all the main components of the system. The visualization allowed us to check not only the technical part and compatibility of the equipment, but also to assess the ergonomics of the placement, accessibility for maintenance, as well as compliance with safety and ventilation standards. The modeling results confirmed the possibility of effective integration of the system without the need for changes in the premises of the service station. Also in the section explains the logic of electrical з?єднань between the elements of the system, which plays a key role for the correct operation of backup power in emergency situations. The purpose of the work is to create an effective hybrid backup power system that can provide autonomous operation of key equipment of the service station in conditions of power outages, as well as partially reduce electricity costs through the use of solar and wind energy. The object study is a system of backup power service stations based on renewable energy sources. The subject of research is the design, calculation and optimization of combined energy sources, taking into account the needs of the об?єкта.